CN101524624A - 一种气驱膜分离方法以及膜分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气驱膜分离方法，当膜在工作过程中，令膜的一侧或两侧通过连续气泡以使膜按一定频谱范围振动。本发明还提供一膜分离装置，应用本发明中的方法及装置，其不需对现有的工艺流程以及现有的运行装置进行较大的改进，仅需增加气泡发生和控制装置就可以在膜运行过程中对膜装置进行除污操作，其减少了膜污染，减少堵塞率、增加膜通量，保持膜分离过程长时间连续稳定运行，增加了膜的使用寿命，提高膜产水率。

Description

一种气驱膜分离方法以及膜分离装置

技术领域

本发明涉及流体处理、流体分离领域，尤其涉及一种新型的气驱膜分离方法以及使用该气驱膜分离方法的膜分离装置。

背景技术

膜分离技术是用半透膜作为选择障碍层、在膜的两侧存在一定量的能量差作为动力，允许某些组分透过而保留混合物中其他组分，各组分透过膜的迁移率不同，从而达到分离目的的技术。

膜是具有选择性分离功能的材料。利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、纯化、浓缩的过程称作膜分离。它与传统过滤的不同在于，膜可以在分子范围内进行分离，并且这过程是一种物理过程，不需发生相的变化和添加助剂。膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同(或称为截留分子量)，可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机膜主要还只有微滤级别的膜，主要是陶瓷膜和金属膜。有机膜是由高分子材料做成的，如醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等等。

膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制等特征，因此，目前已广泛应用于食品、医药、生物、环保、化工、冶金、能源、石油、水处理、电子、仿生等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益，已成为当今分离科学中最重要的手段之一。

膜分离技术作为新型的流体分离单元操作技术，尤其在给水、污水处理行业中发展更为迅速，但膜污染是膜分离技术应用中的主要问题。膜在使用过程其性能随着使用时间的增加，在溶液透过膜时，溶质会逐渐在在高压侧溶液与膜的界面上发生溶质的积聚，使界面上溶质浓度高于主体溶液的浓度，水中的污染物使膜的透过通量会迅速下降，同时对溶质的阻止率也会明显上升，膜易出现污染与堵塞。而膜表面凝胶层一旦形成，增加操作压力会更加大了溶质在凝胶层上的积聚。减少膜污染的方法普遍采用高强度的清洗。清洗的方法有物理清洗和化学清洗。物理清洗方法需要大量的反洗水，清理的效率不是很高；而化学清洗比较彻底，但药剂的选择很难，同时化学药剂对膜产生一定的作用，使膜需要再生，缩短了膜的使用寿命，并且离线清洗使不能满足膜分离过程的连续长时间运行。要使膜分离过程长时间连续稳定运行，延长膜的使用寿命，需要对膜运行工艺进行研究，减少膜运行过程中的污染。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种气驱膜分离方法，其采用一新方案，可以减少膜运行过程中的污染，保持膜分离过程长时间连续稳定运行，减少堵塞率、增加膜通量、降低运行压力、提高膜产水率、延长膜的使用寿命且不产生二次污染。

一种气驱膜分离方法，其中，当膜在工作过程中，令膜的一侧或两侧通过连续气泡以使膜按一定频谱范围振动。

其中，所述气泡的尺寸在0.1mm-1cm之间。

其中，所述膜是微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜中的一种。所述膜是管式膜或者板式膜。所述管式膜是中空纤维膜。

本发明的另一目的是提供一种膜分离装置，其采用的技术方案如下所述。

一种膜分离装置，至少包含一膜组件，其中，在膜组件底部设有气泡发生装置和气泡控制装置。

其中，在膜组件上部设有气水分离装置。

其中，所述膜组件是由包含膜分离元件的压力容器组成的工作单元。

其中，所述气泡发生装置令膜的一侧或两侧通过连续气泡以使膜按一定频谱范围振动。

其中，所述气泡控制装置控制气泡的尺寸在0.1mm-1cm之间。

其中，所述膜分离元件中的膜是微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜中的一种。所述膜是管式膜或者板式膜。所述管式膜是中空纤维膜。

本发明所提供的膜分离方法及膜分离装置，其不需对现有的工艺流程以及现有的运行装置进行较大的改进，仅需增加气泡发生和控制装置就可以在膜运行过程中对膜装置进行除污操作，其减少了膜污染，减少堵塞率、增加膜通量，保持膜分离过程长时间连续稳定运行，增加了膜的使用寿命，提高膜产水率。

附图说明

图1是本发明实施例中一种膜分离装置的结构的示意图；

图2是本发明实施例中在板式膜的一侧连续通过气泡的示意图；

图3是本发明实施例中在板式膜的两侧连续通过气泡的示意图；

图4是本发明实施例中在中空纤维膜的外侧通入连续气泡的示意图；

图5是本发明实施例中在中空纤维膜的内侧通入连续气泡的示意图。

主要符号含义：

100膜分离装置    1污水入口

2压缩空气入口    3气泡发生器

4净水出口        6气水分离器

7排气口    8排污口

9板式膜    10中空纤维膜组件

11中空纤维膜

具体实施方式

现依据附图并结合实施例，对本发明做进一步的描述。

实施例

请参见图1所示，本发明实施例中的膜分离装置100其主体是中空纤维膜组件10，该中空纤维膜组件10中设置中空纤维膜11，在所述中空纤维膜组件10的底部设有气泡发生器3，与该气泡发生器3相连的是压缩空气入口2，另有一气泡控制装置(未图示)与所述气泡发生器3相连以控制该气泡发生器3。所述的中空纤维膜组件10顶部还设有气水分离器6，与气水分离器相连的是排气口7。

上述膜分离装置100是这样操作运行的。当污水由污水入口1进入管道后，首先由中空纤维膜组件10底部进入中空纤维膜组件10的内部，与此同时，压缩空气由压缩空气入口2进入气泡发生器3。当污水被中空纤维膜组件10内的膜过滤的同时，气泡发生器3受气泡控制装置控制制造出尺寸为0.1mm-1cm的气泡，所述气泡控制装置还控制所制造气泡的数量，产生的气泡请见图4所示，所述的气泡沿中空纤维膜组件10内设置的中空纤维膜11的一侧从膜底部上升，此时污水是从中空纤维膜11的外侧流经并受膜的过滤，当气泡流经膜表面，可使膜在工作过程中按一定频谱范围振动，因此使污染物不易在膜表面沉积。当经过中空纤维膜组件10处理过的水以及气泡到达所述中空纤维膜组件10顶部的气水分离器6后，气水分离器6将分离出的气体通过排气口7排出，将分离出的浓污水通过排污口8排出。经过膜过滤后的净水由净水出口4排出。

请参见图5所示，与前一个技术方案不同的是，气泡发生器3制造的气泡沿膜组件10内设置的中空纤维膜11的内侧从底部上升，此时污水也是从中空纤维膜11的内侧流经并受膜的过滤，当气泡流经膜表面，也可使膜在工作过程中按一定频谱范围振动，因此使污染物不易在膜表面沉积。

请参见图2所示，与上述实施例中的技术方案的区别之处在于气泡发生器3制造的气泡沿膜组件内设置的板式膜9的一侧从底部上升，此时污水是从该板式膜9的一侧向另一侧流经并受膜的过滤，由于该侧气泡对板式膜9的一侧进行冲刷，故可使膜在工作过程中按一定频谱范围振动，因此使污染物不易在膜表面沉积。

请参见图3所示，与前一个技术方案不同的是，气泡发生器3制造的气泡沿膜组件内设置的板式膜9的两侧从底部上升，此时污水是从该板式膜9的一侧向另一侧流经并受膜的过滤，当气泡流经膜表面，同样可使膜在工作过程中按一定频谱范围振动，因此使污染物不易在膜表面沉积，与前一个技术方案相比，本技术方案采用了两侧同时进行气驱的方式，故与前一个技术方案相比，本技术方案中的膜的抗污染能力更佳。

本发明提供的膜分离装置及膜分离方法具有如下有益效果：

过滤精度高，出水水质好，出水浊度小于0.1NTU，TSS＜0.5ppm，细菌总数＜100个/ml，SDI＜3；

由于在膜装置内通有连续的气泡，进水压力为0.06MPa，出水压力仅为0.01MPa，使膜内侧和外侧的压强差增大，降低了膜分离过程中的运行压力；

水中污染物质很难在膜表面堵塞和沉积，膜通量大，正常反洗周期长，提高了水回收率，水的回收率大于95％，产水量是普通膜的1-3倍；

有效的降低了膜堵塞率及污染程度，保证膜通量，一般不需离线清洗，从而实现膜分离过程的连续运行，延长膜的使用寿命；

膜分离处理工艺所用的装置结构简单，所用的方法操作方便；

本方法中的固液两相分离过程为常温操作，无相态变化，因而节省能源并不产生二次污染；

膜分离装置采用可编程逻辑控制器(PLC)和计算机中心控制，自动化程度高，简便完善的人机界面操作管理，可达到无人值守的控制要求；

膜分离装置采用模块化设计，节省设备投入费用，操作压力低，可显著降低运行费用。

Claims (13)

1、一种气驱膜分离方法，用于流体处理领域，其特征在于，当膜在工作过程中，令膜的一侧或两侧通过连续气泡以使膜按一定频谱范围振动。

2、如权利要求1所述的气驱膜分离方法，其特征在于，所述气泡的尺寸在0.1mm-1cm之间。

3、如权利要求1或2所述的气驱膜分离方法，其特征在于，所述膜是微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜中的一种。

4、如权利要求1或2所述的气驱膜分离方法，其特征在于，所述膜是管式膜或者板式膜。

5、如权利要求4所述的气驱膜分离方法，其特征在于，所述管式膜是中空纤维膜。

6、一种权利要求1所述方法中采用的应用于流体处理领域的膜分离装置，至少包含一膜组件，其特征在于，在膜组件底部设有气泡发生装置和气泡控制装置。

7、如权利要求6所述的膜分离装置，其特征在于，在膜组件上部设有气水分离装置。

8、如权利要求6所述的膜分离装置，其特征在于，所述膜组件是由包含膜分离元件的压力容器组成的工作单元。

9、如权利要求6、7、8任意一项所述的膜分离装置，其特征在于，在所述膜分离装置运行时，所述气泡发生装置令膜的一侧或两侧通过连续气泡以使膜按一定频谱范围振动。

10、如权利要求9所述的膜分离装置，其特征在于，所述气泡控制装置控制气泡的尺寸在0.1mm-1cm之间。

11、如权利要求9所述的膜分离装置，其特征在于，所述膜分离元件中的膜是微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜中的一种。

12、如权利要求9所述的膜分离装置，其特征在于，所述膜是管式膜或者板式膜。

13、如权利要求12所述的膜分离装置，其特征在于，所述管式膜是中空纤维膜。

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